一種民用無(wú)人機(jī)反制系統(tǒng)評(píng)估方法*

程 擎，伍瀚宇,吉 鵬，焦浩博，張 強(qiáng)

(中國(guó)民用航空飛行學(xué)院 空中交通管理學(xué)院，四川 廣漢618307)

0 引 言

近年來(lái)，隨著無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，使用門檻不斷降低，在尚未完善的無(wú)人機(jī)監(jiān)管體系下，大量黑飛、操作不當(dāng)引發(fā)的安全事故頻頻發(fā)生。此外，“低慢小”無(wú)人機(jī)所占據(jù)的低空空域是寶貴的戰(zhàn)略資源。為保障低空空域的安全可靠，保障公眾的人身安全與隱私權(quán)，無(wú)人機(jī)反制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

無(wú)人機(jī)反制技術(shù)主要通過(guò)人眼捕捉或監(jiān)視設(shè)備鎖定目標(biāo)后，利用捕捉網(wǎng)、激光、聲波、火力壓制、無(wú)線電干擾等手段，對(duì)目標(biāo)無(wú)人機(jī)進(jìn)行捕捉、摧毀、控制等。當(dāng)前，無(wú)人機(jī)反制技術(shù)在防范恐怖襲擊，保護(hù)重要地點(diǎn)、重大活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)，維護(hù)社會(huì)治安秩序方面發(fā)揮著重要作用[1-2]。

無(wú)人機(jī)反制技術(shù)手段眾多，不同處置方式的作用效果不同，且不同規(guī)格參數(shù)的反制設(shè)備性能也具有一定的差異。為了對(duì)各反制設(shè)備的性能進(jìn)行評(píng)估，國(guó)防科技創(chuàng)新特區(qū)主辦了“無(wú)形截?fù)簟睙o(wú)人機(jī)與反無(wú)人機(jī)對(duì)抗挑戰(zhàn)賽，采用模擬城市中反制無(wú)人機(jī)的情形，隨機(jī)方位“入侵”多架無(wú)人機(jī)，以成功處置得分、造成負(fù)面影響扣分的方式，對(duì)無(wú)人機(jī)反制系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估。該評(píng)價(jià)體系具有現(xiàn)實(shí)意義，評(píng)估手段直接有效，但是在評(píng)估過(guò)程中會(huì)受到操作人員、環(huán)境、隨機(jī)性等因素的影響。因此，本文在控制環(huán)境變量的條件下，利用無(wú)人機(jī)反制系統(tǒng)進(jìn)行多次重復(fù)處置試驗(yàn)，采集相關(guān)的指標(biāo)數(shù)據(jù)，建立并完善評(píng)價(jià)體系，以完成對(duì)無(wú)人機(jī)反制系統(tǒng)的評(píng)估。

1 無(wú)人機(jī)反制系統(tǒng)評(píng)估指標(biāo)

無(wú)人機(jī)反制系統(tǒng)的評(píng)估即為對(duì)該系統(tǒng)從開始處置目標(biāo)無(wú)人機(jī)到處置結(jié)束的整個(gè)過(guò)程以及設(shè)備自身性能的評(píng)估，不僅僅包括對(duì)處置效果的評(píng)估，還需考慮到在整個(gè)處置過(guò)程中所具有的二次災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)、設(shè)備對(duì)于操作人員的易用性以及設(shè)備質(zhì)量。因此將處置效果、二次災(zāi)害、易用性、設(shè)備質(zhì)量作為無(wú)人機(jī)反制系統(tǒng)評(píng)估中的一級(jí)指標(biāo)，建立評(píng)估指標(biāo)體系，如圖1所示。

圖1 無(wú)人機(jī)反制系統(tǒng)評(píng)估指標(biāo)體

一級(jí)指標(biāo)處置效果可以細(xì)化為處置成功率、處置時(shí)間、處置結(jié)果、處置距離4個(gè)二級(jí)指標(biāo)。

(1)成功率：處置成功率直接體現(xiàn)了無(wú)人機(jī)反制系統(tǒng)處置無(wú)人機(jī)的有效性，通過(guò)在試驗(yàn)中對(duì)每種反制系統(tǒng)進(jìn)行10次處置試驗(yàn)，根據(jù)目標(biāo)無(wú)人機(jī)逃脫次數(shù)描述該系統(tǒng)的處置成功率。

(2)處置時(shí)間：若一次處置過(guò)程中消耗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)將會(huì)嚴(yán)重影響目標(biāo)的處置效果，甚至錯(cuò)過(guò)最佳處置時(shí)機(jī)，可用每次處置活動(dòng)開始時(shí)間與結(jié)束時(shí)間差值度量處置時(shí)間。

(3)處置結(jié)果：不同反制系統(tǒng)在處置無(wú)人機(jī)時(shí)，根據(jù)其原理不同往往有不同的作用效果，既可能出現(xiàn)擊毀墜落、干擾逼降，也可能出現(xiàn)懸停與飄離后果，因此可用處置導(dǎo)致結(jié)果與期望結(jié)果對(duì)比，得到對(duì)處置結(jié)果指標(biāo)的評(píng)估。

(4)處置距離：有效處置距離的評(píng)估指標(biāo)值主要根據(jù)在實(shí)際反制場(chǎng)景中，設(shè)備能夠達(dá)到的較為可靠的理想處置距離進(jìn)行度量。

一級(jí)指標(biāo)二次災(zāi)害可細(xì)化為火勢(shì)、沖擊力、墜落范圍、電磁污染4個(gè)二級(jí)指標(biāo)。

(1)火勢(shì)：無(wú)人機(jī)反制系統(tǒng)中有部分反制武器會(huì)令目標(biāo)燃燒，落地后火焰對(duì)周邊環(huán)境形成了安全隱患，為反映火勢(shì)情況，可由受到處置后產(chǎn)生的火焰面積與無(wú)人機(jī)面積之間的比值進(jìn)行衡量。

(2)沖擊力：沖擊指標(biāo)主要是衡量目標(biāo)墜落時(shí)對(duì)地面威脅程度，可轉(zhuǎn)換為對(duì)目標(biāo)近地時(shí)的速度大小的評(píng)估。

(3)墜落范圍：墜落范圍也是衡量目標(biāo)墜落時(shí)對(duì)地面威脅程度，可以轉(zhuǎn)換為對(duì)目標(biāo)落地位置與受到處置時(shí)的位置距離大小的評(píng)估。

(4)電磁污染：電磁污染指標(biāo)則利用頻譜檢測(cè)儀對(duì)處置過(guò)程中，周邊環(huán)境中重要無(wú)線電頻段的抬升情況進(jìn)行考慮。

一次指標(biāo)中的易用性指標(biāo)分別根據(jù)對(duì)反制人員操作學(xué)習(xí)與實(shí)際使用過(guò)程中的難度、處置過(guò)程中設(shè)備處置波束寬度以及便攜程度三個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。

設(shè)備質(zhì)量指標(biāo)主要為對(duì)可信性和可用性兩個(gè)二級(jí)指標(biāo)評(píng)估，其中可信性的評(píng)估為綜合考慮設(shè)備的平均修復(fù)時(shí)間、故障率，可用性的評(píng)估為綜合考慮設(shè)備的修復(fù)率、維修度、可靠度、平均壽命。

該無(wú)人機(jī)評(píng)估模型的建立與指標(biāo)設(shè)定主要以民航機(jī)場(chǎng)或電磁環(huán)境敏感區(qū)域作為處置背景，在對(duì)一些其他環(huán)境進(jìn)行評(píng)估時(shí)模型可能會(huì)失效，需要對(duì)一級(jí)或二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整；并且處置試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)處于非極端氣候環(huán)境，否則如墜落范圍、沖擊力、處置結(jié)果等多個(gè)二級(jí)指標(biāo)都會(huì)受到環(huán)境因素的影響，得到錯(cuò)誤的評(píng)估結(jié)果。

2 無(wú)人機(jī)反制系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系

在對(duì)反制系統(tǒng)的評(píng)估體系中，評(píng)估語(yǔ)義集如下所示：

V={υ1,υ2,υ3,υ4,υ5} 。

(1)

式中：評(píng)價(jià)結(jié)果依次遞增，即υ1為差，υ2為較差，υ3為中等，υ4為較好，υ5為好。在評(píng)價(jià)體系中指標(biāo)的評(píng)估過(guò)程中，得到的具體數(shù)值無(wú)法直接與評(píng)估語(yǔ)義進(jìn)行關(guān)聯(lián)。為此，引入模糊綜合評(píng)價(jià)模型，采用隸屬度概念對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)中的模糊界限進(jìn)行解釋[3-4]。通過(guò)德爾菲(Delphi)法建立各個(gè)指標(biāo)的隸屬函數(shù)，征詢目標(biāo)包括無(wú)人機(jī)反制領(lǐng)域?qū)＜?、一線工作人員、無(wú)人機(jī)飛手、應(yīng)用機(jī)構(gòu)專家、無(wú)人機(jī)反制企業(yè)專家。結(jié)合專家組意見，建立隸屬函數(shù)，統(tǒng)一不同指標(biāo)數(shù)據(jù)綱量，反映各指標(biāo)元素與評(píng)估語(yǔ)義集的所屬關(guān)系。

隸屬函數(shù)為指標(biāo)數(shù)據(jù)值與隸屬評(píng)價(jià)結(jié)果的概率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，常見的函數(shù)圖形包括三角形與梯形模糊隸屬函數(shù)圖形。令評(píng)估語(yǔ)義集V中不同結(jié)果對(duì)應(yīng)的隸屬函數(shù)表示為

U={μ1,μ2,μ3,μ4,μ5}，

(2)

其隸屬函數(shù)表達(dá)式如下：

(3)

(4)

(5)

式中：μ3(x)、μ4(x)表達(dá)式與μ2(x)相似。

根據(jù)指標(biāo)數(shù)值在隸屬函數(shù)中所對(duì)應(yīng)的模糊分布向量rμn(n=1,2,3,4,5)可以得到某一評(píng)估指標(biāo)的評(píng)估隸屬向量

γ1=(γμ1,γμ2,γμ3,γμ4,γμ5)。

(6)

將無(wú)人機(jī)反制系統(tǒng)中各評(píng)估指標(biāo)的評(píng)估隸屬向量集合可以得到模糊評(píng)價(jià)矩陣

R=(γ1,γ2,…,γn)T。

(7)

此時(shí)得到的模糊評(píng)價(jià)矩陣中各指標(biāo)所占權(quán)重相等，但在實(shí)際評(píng)估時(shí)，不同一級(jí)指標(biāo)之間以及同一一級(jí)指標(biāo)下的二級(jí)指標(biāo)之間的重要程度是不同的，因此需引入不同各指標(biāo)的權(quán)重值。綜合考慮后采用模糊層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，這種方法不僅比普通層次分析法的一致性檢驗(yàn)更加容易，而且一致性的判斷標(biāo)準(zhǔn)更加科學(xué)、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便[6-8]。

首先針對(duì)上一層中某元素，對(duì)該層中的各元素之間的相對(duì)重要性進(jìn)行比較。以元素處置效果U1為例，其下一層次中元素為處置成功率、處置時(shí)間、處置結(jié)果、處置距離，即U11、U12、U13、U14，構(gòu)造模糊互補(bǔ)矩陣FU1=(fij)4×4，如圖1所示。在兩個(gè)元素之間進(jìn)行比較時(shí)，為對(duì)相對(duì)重要程度進(jìn)行描述，采用0.1～0.9進(jìn)行標(biāo)度。在此標(biāo)度過(guò)程中，0.5表示元素U1i和元素U1j同等重要，當(dāng)標(biāo)度越接近0.9時(shí)表示元素U1i比元素U1j越重要，而標(biāo)度越接近0.1時(shí)則表示元素U1i比元素U1j越不重要[9-10]。

圖1 評(píng)估指標(biāo)模糊互補(bǔ)矩陣

將模糊互補(bǔ)矩陣轉(zhuǎn)換為模糊一致矩陣，得到新的矩陣QU1=(qij)4×4，其中qij為

(8)

(9)

對(duì)得到的模糊評(píng)估矩陣中各指標(biāo)乘上其權(quán)重值，可以得到最終的綜合模糊評(píng)估結(jié)果向量為

B=W×R=(b1,b2,…,bn) 。

(10)

為了能夠令評(píng)估得到的各個(gè)無(wú)人機(jī)反制系統(tǒng)之間能夠有顯著的比較方式，因此采用平均加權(quán)法將最后的結(jié)果換算為百分制得分。令S={s1,s2,s3,s4,s5}={0,25,50,75,100}，帶入可得評(píng)估分值為

(11)

3 無(wú)人機(jī)處置試驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1 無(wú)人機(jī)處置試驗(yàn)

無(wú)人機(jī)處置試驗(yàn)于郊外某試驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行，天氣晴朗且地面靜風(fēng)。在無(wú)人機(jī)反制系統(tǒng)的選擇中，激光武器、無(wú)線電干擾設(shè)備在反制“低慢小”無(wú)人機(jī)時(shí)具有較好的有效性、連續(xù)性，并且分別為當(dāng)前無(wú)人機(jī)反制“硬殺傷”與“軟殺傷”中的具有代表性的典型反制系統(tǒng)，無(wú)論是處置效果還是二次災(zāi)害的表現(xiàn)方面，在一定程度上都代表了這一類反制系統(tǒng)的無(wú)人機(jī)處置能力。在試驗(yàn)中選用的反制系統(tǒng)設(shè)備均已參與了大量無(wú)人機(jī)處置演練，具有優(yōu)異的實(shí)戰(zhàn)成績(jī)，并且無(wú)線電干擾設(shè)備已廣泛用于城市無(wú)人機(jī)反制應(yīng)用，因此可以認(rèn)為所選用的試驗(yàn)設(shè)備具有較好的代表性。

無(wú)人機(jī)處置試驗(yàn)選用激光打擊、控制信號(hào)干擾、定位信號(hào)干擾三種反制手段進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)擬定的無(wú)人機(jī)反制系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系制定各評(píng)估指標(biāo)的采集方案，在控制處置環(huán)境變量不變的條件下進(jìn)行試驗(yàn)并采集所需數(shù)據(jù)[11]。其中針對(duì)多組不可定量指標(biāo)采用評(píng)估語(yǔ)義集V={υ1，υ2，υ3，υ4，υ5}進(jìn)行表示。

3.1.1 激光打擊試驗(yàn)

激光打擊主要利用激光的高能量，對(duì)目標(biāo)無(wú)人機(jī)聚焦瞄準(zhǔn)灼燒，破壞重要部件，導(dǎo)致目標(biāo)無(wú)人機(jī)失去控制并墜毀。打擊過(guò)程中可持續(xù)攻擊，作用距離遠(yuǎn)且無(wú)需考慮彈道與天氣影響，具有效費(fèi)比高、發(fā)射成本低、良好摧堅(jiān)能力的優(yōu)點(diǎn)，可以擊穿各類金屬與非金屬材料。

激光打擊試驗(yàn)中，目標(biāo)無(wú)人機(jī)由圖2中無(wú)人機(jī)圖標(biāo)位置起飛至80 m高度懸停，激光設(shè)備置于圖中標(biāo)記位置距無(wú)人機(jī)水平距離650 m。目標(biāo)無(wú)人機(jī)于起飛點(diǎn)垂直升空至80 m高度，激光設(shè)備光電子系統(tǒng)捕捉并跟蹤無(wú)人機(jī)，3 s倒計(jì)時(shí)后發(fā)射激光波束，當(dāng)目標(biāo)無(wú)人機(jī)出現(xiàn)墜落傾向后停止出光。

圖2 激光打擊試驗(yàn)場(chǎng)景俯視圖

3.1.2 控制信號(hào)干擾試驗(yàn)

空間中的電磁環(huán)境復(fù)雜且不穩(wěn)定，存在有不可避免的多路徑效應(yīng)。而無(wú)人機(jī)為避免數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)艿礁蓴_，具有一定的射頻干擾自適應(yīng)抑制能力，但一旦無(wú)線電干擾超過(guò)閾值，就能阻斷無(wú)人機(jī)與操作員之間的數(shù)據(jù)鏈路[12-13]。

當(dāng)前無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈路多為2.4 GHz、5.8 GHz頻段的慢跳頻系統(tǒng)?？刂菩盘?hào)干擾試驗(yàn)中，借助增益天線，向目標(biāo)發(fā)射2.4 GHz、5.8 GHz頻段的無(wú)線電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)阻塞干擾。試驗(yàn)中以220 m、120 m、50 m對(duì)2 400～2 486 MHz、5 720～5 850 MHz頻段分別進(jìn)行了3次、2次、5次處置的拉鋸試驗(yàn)。飛手距離無(wú)人機(jī)水平距離50 m，無(wú)人機(jī)于指定位置50 m高度空中懸停，其位置分布如圖3所示。

圖3 無(wú)線電干擾試驗(yàn)場(chǎng)景俯視圖

由于在實(shí)際干擾過(guò)程中，無(wú)人機(jī)在受到影響的同時(shí)也在采取一定的手段，如擴(kuò)頻、跳頻，以抗衡環(huán)境中的干擾，維持與飛手之間的上下行數(shù)據(jù)鏈通信，所以在無(wú)線電干擾的試驗(yàn)中，反制點(diǎn)與無(wú)人機(jī)之間的距離并不能直接表現(xiàn)出反制設(shè)備的有效作用距離。當(dāng)控制端越靠近無(wú)人機(jī)時(shí)，受到信號(hào)干擾的表現(xiàn)越弱；反之越遠(yuǎn)離無(wú)人機(jī)時(shí)，受到信號(hào)干擾的表現(xiàn)越強(qiáng)烈。因此，試驗(yàn)中保持了飛手與無(wú)人機(jī)50 m的距離不變，以多組距離試驗(yàn)采集無(wú)人機(jī)受到信號(hào)干擾的數(shù)據(jù)。

3.1.3 定位信號(hào)干擾試驗(yàn)

由于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采用直接序列擴(kuò)頻通信，具有載波頻率公開固定、發(fā)射功率小、抗干擾的特點(diǎn)，試驗(yàn)過(guò)程中只需要對(duì)準(zhǔn)頻率發(fā)射大功率無(wú)線電信號(hào)便能實(shí)現(xiàn)阻塞干擾。

定位信號(hào)干擾試驗(yàn)中，與控制信號(hào)干擾位置布局相同，無(wú)人機(jī)靶機(jī)起飛與懸停位置以及無(wú)人機(jī)與飛手50 m間距不變，反制組于距目標(biāo)無(wú)人機(jī)220 m的處置點(diǎn)1處，對(duì)其1 560～1620 MHz頻段實(shí)施10次干擾處置試驗(yàn)。

在無(wú)線電控制信號(hào)與定位信號(hào)干擾試驗(yàn)中，無(wú)線電干擾槍無(wú)瞄準(zhǔn)倍鏡，所有處置過(guò)程均由目視捕捉，跟蹤打擊。試驗(yàn)時(shí)，由無(wú)人機(jī)升空飛往指定坐標(biāo)，升至50 m高度，反制組瞄準(zhǔn)無(wú)人機(jī)所處大致方位進(jìn)行不間斷無(wú)線電干擾。干擾期間，飛手通過(guò)圖像反饋與不斷進(jìn)行規(guī)律性運(yùn)動(dòng)判斷無(wú)人機(jī)控制鏈路和圖傳鏈路是否正常。當(dāng)持續(xù)1 min無(wú)線電干擾仍無(wú)效果或無(wú)人機(jī)受到干擾并呈現(xiàn)出明顯返航降落或無(wú)人機(jī)失控飛離視場(chǎng)后，停止處置，飛手飛回?zé)o人機(jī)。

3.2 處置試驗(yàn)結(jié)果分析

3.2.1 激光打擊試驗(yàn)結(jié)果

在激光打擊試驗(yàn)中，無(wú)人機(jī)處置效果較好，大部分處置試驗(yàn)均在極短時(shí)間內(nèi)達(dá)到了目的，受到處置的無(wú)人機(jī)多為擊中機(jī)身電池，失去動(dòng)力，直接墜落。在最后兩次處置試驗(yàn)中，由于未能及時(shí)擊穿機(jī)身摧毀電池，持續(xù)出光多次才最終擊落無(wú)人機(jī)。

激光打擊無(wú)人機(jī)時(shí)，無(wú)論擊中機(jī)翼還是電源都會(huì)產(chǎn)生火焰，特別是在擊中電源時(shí)，還會(huì)引發(fā)鋰電池燃燒。在所有試驗(yàn)中都具有火災(zāi)安全隱患，不過(guò)在停止激光打擊或無(wú)人機(jī)高速墜落時(shí)，火勢(shì)具有明顯減弱趨勢(shì)。其中第三次試驗(yàn)時(shí)，由于只擊中了無(wú)人機(jī)機(jī)翼，并未破壞其動(dòng)力系統(tǒng)，導(dǎo)致無(wú)人機(jī)失控飄移。由激光武器反饋光電圖像數(shù)據(jù)可知，在出光過(guò)程中，其原理為光電追蹤目標(biāo)，引導(dǎo)出光點(diǎn)位置，因此目標(biāo)被擊落快速下降時(shí)，可能會(huì)誘導(dǎo)誤傷到其他物體或樹木等。激光打擊試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 激光打擊試驗(yàn)

激光打擊試驗(yàn)時(shí)，周邊電磁環(huán)境變化如圖4所示，在監(jiān)測(cè)頻段內(nèi)底噪沒有明顯抬升，激光打擊試驗(yàn)前后均方差為1.180 5 dBμV，屬于正常波動(dòng)范圍，可見激光武器采用的光學(xué)能量對(duì)周邊電磁環(huán)境不會(huì)造成污染。

圖4 激光打擊試驗(yàn)前后電磁環(huán)境對(duì)比

3.2.2 控制信號(hào)干擾試驗(yàn)結(jié)果

控制信號(hào)干擾試驗(yàn)中，目標(biāo)無(wú)人機(jī)與飛手之間距離保持50 m不變，反制組從距目標(biāo)220 m處實(shí)施2.4 GHz、5.8 GHz頻段干擾，共進(jìn)行3次試驗(yàn)，處置時(shí)間均為1 min以上。處置期間無(wú)人機(jī)不斷執(zhí)行規(guī)律運(yùn)動(dòng)，控制鏈路沒有受到任何干擾，圖傳鏈路信號(hào)間歇性丟失。反制組從距目標(biāo)120 m處實(shí)施無(wú)線電干擾，共進(jìn)行2次試驗(yàn)：第一次試驗(yàn)處置時(shí)間1 min以上，控制鏈路無(wú)干擾，圖傳鏈路丟失；第二次試驗(yàn)處置時(shí)間15 s，目標(biāo)失控飄落。反制組從距目標(biāo)50 m處實(shí)施無(wú)線電干擾，共進(jìn)行5次試驗(yàn)，處置時(shí)間均為30 s以內(nèi)，其中兩次懸停，三次觸發(fā)返航。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 控制信號(hào)干擾試驗(yàn)結(jié)果

考慮到無(wú)線電干擾可能的危害性，特別是在民航領(lǐng)域，惡劣的電磁環(huán)境直接威脅航空運(yùn)輸?shù)陌踩玔14]。以民航導(dǎo)航設(shè)備為例，可能受到影響的包括測(cè)距儀臺(tái)(962～1 212 MHz)、二次雷達(dá)(1 030 MHz、1 090 MHz)、導(dǎo)航衛(wèi)星(1.5 GHz)、ADS-B(978 MHz、1 090 MHz)，因此無(wú)線電頻譜檢測(cè)儀主要采集1～1.6 GHz的頻譜變化，其中，圖5為在1～1.6 GHz頻段周邊環(huán)境電磁輻射情況與控制信號(hào)干擾時(shí)的頻譜圖，圖6為環(huán)境底噪與干擾試驗(yàn)時(shí)的頻譜差值圖。

圖5 電磁環(huán)境與控制信號(hào)干擾時(shí)頻譜對(duì)比圖

圖6 環(huán)境底噪與干擾試驗(yàn)時(shí)的頻譜差值圖

從圖5和圖6可見，干擾試驗(yàn)時(shí)，該頻段底噪沒有明顯抬升情況。經(jīng)過(guò)計(jì)算，干擾試驗(yàn)前底噪均值為37.179 4 dBμV，前后均方差為1.178 8 dBμV，屬于正常波動(dòng)情況。這些數(shù)據(jù)可以說(shuō)明在與民航相關(guān)的重要頻段范圍內(nèi)，電磁干擾基本無(wú)影響。

3.2.3 定位信號(hào)干擾試驗(yàn)結(jié)果

目標(biāo)與飛手距離50 m，反制組從距目標(biāo)220 m處進(jìn)行1.5 GHz頻段的無(wú)線電干擾，共進(jìn)行10次試驗(yàn)，其中僅有一次失敗。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 第一組定位信號(hào)干擾試驗(yàn)

與控制信號(hào)干擾試驗(yàn)中一致，使用無(wú)線電頻譜檢測(cè)儀采集1～1.6 GHz的頻譜變化，圖7和圖8分別為在1～1.6 GHz頻段周邊環(huán)境電磁輻射情況與定位信號(hào)干擾時(shí)的頻譜圖以及均值檢波的差值圖。

圖7 電磁環(huán)境與定位信號(hào)干擾時(shí)頻譜對(duì)比圖

圖8 環(huán)境底噪與干擾試驗(yàn)時(shí)的頻譜差值圖

由圖7和圖8可見，在使用反制設(shè)備干擾無(wú)人機(jī)定位信號(hào)時(shí)，1.58 GHz左右各30 MHz區(qū)間范圍內(nèi)，平均值檢波與峰值檢波都出現(xiàn)了較大幅度的抬升，峰值達(dá)到了95 dBμV。經(jīng)過(guò)計(jì)算可得，試驗(yàn)前環(huán)境底噪均值為37.086 1 dBμV，在1～1.55 GHz頻段內(nèi)均方差為1.193 3 dBμV，處于正常波動(dòng)，對(duì)電磁環(huán)境基本無(wú)影響；但是在1.55～1.6 GHz頻段內(nèi)發(fā)生劇烈抬升，均方差達(dá)到了9.346 4 dBμV，已超出可接受范圍，對(duì)電磁環(huán)境造成了極大干擾，對(duì)周邊設(shè)備的無(wú)線電信號(hào)特別是導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)造成了嚴(yán)重影響。

4 無(wú)人機(jī)反制系統(tǒng)評(píng)估與結(jié)果分析

根據(jù)無(wú)人機(jī)反制技術(shù)專家組意見，建立下層二級(jí)評(píng)估指標(biāo)比較矩陣，針對(duì)同一一級(jí)指標(biāo)分支下的各二級(jí)指標(biāo)的重要性進(jìn)行比較，以一級(jí)指標(biāo)處置效果的下層評(píng)估指標(biāo)為例，得到比較矩陣如圖9所示。

(a)處置效果

在評(píng)估指標(biāo)設(shè)備質(zhì)量中，針對(duì)可信性與可用性進(jìn)行比較評(píng)估得到的模糊矩陣中評(píng)估比較值為0.7、0.3。根據(jù)公式(8)、(9)可以求得各二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重向量,無(wú)人機(jī)處置效果各二級(jí)指標(biāo)權(quán)重為WU1=(0.3,0.237 5,0.256 3,0.206 3)，二次災(zāi)害二級(jí)指標(biāo)各權(quán)重為WU2=(0.2,0.225,0.287 5,0.287 5)，易用性二級(jí)指標(biāo)權(quán)重分布為WU3=(0.288 9,0.366 7,0.344 4)，設(shè)備質(zhì)量二級(jí)指標(biāo)權(quán)重分布為WU1=(0.55,0.45)。

根據(jù)對(duì)無(wú)人機(jī)反制系統(tǒng)評(píng)估中一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，可得到比較矩陣如圖10所示。

圖10 無(wú)人機(jī)反制系統(tǒng)評(píng)估一級(jí)指標(biāo)比較矩陣

同理得到關(guān)于無(wú)人機(jī)反制系統(tǒng)評(píng)估的一級(jí)指標(biāo)權(quán)重分布為WU=(0.312 5,0.275,0.212 5,0.2)。

根據(jù)德爾菲法反饋的專家意見中，將無(wú)爭(zhēng)議的值域的隸屬度以1表示，將有爭(zhēng)議部分模糊處理，以評(píng)估指標(biāo)處置效果中各二級(jí)指標(biāo)的隸屬度分布為例，得到隸屬函數(shù)圖如圖11所示。

圖11 指標(biāo)隸屬函數(shù)圖

針對(duì)C13中各評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)為確定值，無(wú)需模糊處理，直接根據(jù)評(píng)估語(yǔ)義集V進(jìn)行賦值，得到處置結(jié)果為(擊毀墜落、逼降，飄落，懸停、返航，空中飄移，無(wú)反應(yīng))=(υ5，υ4，υ3，υ2，υ1)。

同理建立關(guān)于一級(jí)評(píng)估指標(biāo)二次災(zāi)害、易用性、設(shè)備質(zhì)量的下層指標(biāo)的模糊分析，得到相應(yīng)的模糊隸屬函數(shù)。將試驗(yàn)中所得的結(jié)果代入至模糊隸屬函數(shù)中，可以得到各指標(biāo)的隸屬向量。將各二級(jí)指標(biāo)評(píng)估隸屬向量集合得到的模糊評(píng)價(jià)矩陣與對(duì)應(yīng)的權(quán)重集進(jìn)行運(yùn)算，得到上層一級(jí)指標(biāo)的隸屬向量Ri=WUi×ri。最后將一級(jí)指標(biāo)隸屬向量構(gòu)成新的矩陣R=(R1,R2,R3,R4)，與一級(jí)指標(biāo)權(quán)重向量WU做運(yùn)算處理，得到評(píng)估結(jié)果向量B=(b1,b2,b3,b4,b5)，三組無(wú)人機(jī)反制手段分別累積10次處置試驗(yàn)數(shù)據(jù)后，其評(píng)估結(jié)果為

根據(jù)平均加權(quán)法轉(zhuǎn)化為百分制得分，最終的評(píng)估得分如圖12和表4所示。

圖12 反制評(píng)估得分對(duì)比圖

表4 無(wú)人機(jī)反制系統(tǒng)評(píng)估結(jié)果

5 結(jié)束語(yǔ)

在“低慢小”無(wú)人機(jī)反制技術(shù)領(lǐng)域的不斷發(fā)展過(guò)程中，亟需對(duì)不同反制技術(shù)手段的評(píng)估對(duì)比，為不同應(yīng)用場(chǎng)景中的選擇提供依據(jù)，同時(shí)促進(jìn)反制技術(shù)的發(fā)展。本文針對(duì)無(wú)人機(jī)反制技術(shù)的原理與特點(diǎn)，擬定了無(wú)人機(jī)反制系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系，提出了一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)以及相應(yīng)的二級(jí)指標(biāo)，并且根據(jù)專家組意見建立了各指標(biāo)的隸屬度函數(shù)圖像。為獲取無(wú)人機(jī)反制數(shù)據(jù)，進(jìn)行了利用激光打擊、無(wú)線電干擾的無(wú)人機(jī)處置試驗(yàn)，采集了評(píng)價(jià)體系中各二級(jí)評(píng)估指標(biāo)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)?；谠囼?yàn)所得數(shù)據(jù)，從處置效果、二次災(zāi)害、易用性、設(shè)備質(zhì)量四個(gè)角度進(jìn)行評(píng)估，通過(guò)計(jì)算得到了不同反制系統(tǒng)的評(píng)價(jià)得分，實(shí)現(xiàn)了不同反制技術(shù)手段之間的評(píng)估對(duì)比，其結(jié)論與實(shí)際試驗(yàn)中專家組評(píng)估結(jié)果相同，證明該評(píng)價(jià)體系具有可行性。

在對(duì)不同反制系統(tǒng)的評(píng)估對(duì)比過(guò)程中，還存在有許多誤差因素：首先，由于條件限制，處置試驗(yàn)的數(shù)組過(guò)少，試驗(yàn)數(shù)據(jù)量缺乏，導(dǎo)致試驗(yàn)評(píng)估結(jié)果受到某一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)突變的影響較大；其次，在進(jìn)行試驗(yàn)的過(guò)程中，難以保證每一組試驗(yàn)的試驗(yàn)環(huán)境完全相同，風(fēng)向風(fēng)速、無(wú)人機(jī)懸停高度與位置都會(huì)有一定的誤差，并且其誤差對(duì)指標(biāo)的評(píng)估也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。因此，為弱化誤差對(duì)評(píng)估結(jié)果的影響，后續(xù)還需采集更大的處置數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)評(píng)估模型進(jìn)行支撐。